城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿婪植际焦饫w溫度傳感器實驗研究

1 概述

城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿廊绨l(fā)生燃?xì)庑孤孤c局部燃?xì)馔蝗慌蛎洰a(chǎn)生冷效應(yīng)，引起泄漏點燃?xì)鉁囟茸兓?/p>

，泄漏點周圍土壤溫度場也會發(fā)生變化。本文在實驗室模擬城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿?，利用分布式光纖溫度傳感器檢測燃?xì)夤艿佬孤c及周圍溫度場。基于不同光纖敷設(shè)方式及不同壓力等條件，探討分布式光纖溫度傳感器在城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖倪m用條件。

2 分布式光纖溫度傳感器實驗設(shè)計

城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿拦懿闹饕卿摴芑騊E管，鋼質(zhì)管道表面有防腐層

。本文在實驗環(huán)境下搭建PE管模擬泄漏管道，PE管表面無防腐層。分布式光纖溫度傳感器對相同溫差的升溫和降溫敏感性一致。考慮到降溫的模擬較為困難，利用熱源進(jìn)行可控升溫來模擬溫度的變化。泄漏的形式包括小孔泄漏和縫隙泄漏，因此采用點熱源及線熱源模擬泄漏溫度變化。此外，考慮到泄漏燃?xì)獾臄U(kuò)散作用，采用熱風(fēng)機(jī)模擬泄漏溫度場的遷移。

實驗臺主要由1段明設(shè)管道、3個支架和拉曼型分布式光纖測溫系統(tǒng)組成。管道長約8 m，外直徑225 mm，壁厚8.6 mm。環(huán)境溫度保持在12 ℃左右。電熱帶和電熱棒的布置見圖1。定制寬度為3 mm的電熱帶，最高加熱溫度可達(dá)60 ℃。電熱帶的長度為2 m。在電熱帶上布置精密熱電偶監(jiān)測溫升情況，模擬縫隙泄漏工況。定制直徑為6 mm的電熱棒，橫截面積為28.26 mm

，符合小孔泄漏的面積需求。電熱棒長度為50 mm，采用隔熱性能強(qiáng)的工業(yè)隔熱保溫布包裹45 mm棒體，剩余5 mm長度電熱棒，通過精密熱電偶監(jiān)測溫升情況，模擬小孔泄漏工況。熱風(fēng)機(jī)型號為HP8258，熱功率為2 200 W，模擬泄漏溫度場的遷移。精密熱電偶的型號為PT100，測溫分度值達(dá)到0.1 ℃。分布式光纖采用單通道、三通道和纏繞3種方式敷設(shè)。單通道敷設(shè)法為將光纖緊貼管道正上方外壁，沿管道方向從頭到尾敷設(shè)。三通道敷設(shè)法為光纖緊貼管道，先沿管壁一側(cè)從頭到尾敷設(shè)，然后轉(zhuǎn)彎沿管道頂部從尾到頭敷設(shè)，最后轉(zhuǎn)彎沿管壁另外一側(cè)敷設(shè)，剖面圖見圖2。纏繞敷設(shè)即采用一根光纖沿著管道方向緊貼管道以螺旋線形式盤繞敷設(shè)，每一圈光纖間隔即螺距約25 cm，螺旋線起點為管道左端的正上方外壁頂點，從左向右看按逆時針方向纏繞。分布式光纖主機(jī)和配套的工控機(jī)采用求實飛博研發(fā)的國產(chǎn)設(shè)備，型號為PI-8D10AC和IPC-610-L。

3 分布式光纖感溫實驗分析

3.1 單通道敷設(shè)方式

① 縫隙泄漏工況

采用單通道光纖敷設(shè)方式時，光纖和電熱帶并排敷設(shè)在管道正上方，光纖、電熱帶和管道兩兩相互緊貼，見圖3。

為進(jìn)一步驗證泄漏擴(kuò)散的情況，選擇用熱風(fēng)機(jī)來模擬泄漏時的燃?xì)鈹U(kuò)散。熱風(fēng)機(jī)出風(fēng)口空氣溫度維持在100 ℃。熱風(fēng)機(jī)與管道的距離、風(fēng)量、風(fēng)速、吹風(fēng)條件與單通道時相同。熱風(fēng)機(jī)出風(fēng)口位于虛擬管道28 m處。光纖檢測溫度見圖11～13。其中，熱風(fēng)機(jī)位于上方時光纖檢測溫度變化最明顯，峰值出現(xiàn)了3個；位于側(cè)面次之，峰值出現(xiàn)了2個；位于下方時，光纖也檢測到了溫度變化。結(jié)果說明，與單通道敷設(shè)相比，三通道敷設(shè)明顯擴(kuò)大了檢測范圍，基本實現(xiàn)了對管壁的全覆蓋。

將電熱帶的溫升控制在20 ℃，即加熱到32 ℃并維持穩(wěn)定。光纖檢測溫度由12 ℃升至25 ℃，溫升13 ℃，延遲時間為1 min。電熱帶升溫至32 ℃時光纖檢測溫度見圖5。

2015年4月2日，財政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部公示了2015年海綿城市建設(shè)試點城市名單，池州市名列其中。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。

② 小孔泄漏工況

考慮到埋地管道現(xiàn)場施工的實際情況，將單通道敷設(shè)改為在管道上方和兩側(cè)三通道敷設(shè)，見圖10。實際光纖158～182 m處均敷設(shè)在管道上。在軟件中設(shè)置長度為50 m的虛擬管道作為監(jiān)測防區(qū)，采集實際光纖134～200 m的信號。實際光纖134～158 m的信號對應(yīng)虛擬管道0～24 m的監(jiān)測信號，實際光纖158～166 m、166～174 m和174～182 m的3段信號取其中最高值作為虛擬管道24～32 m監(jiān)測信號，實際光纖182～200 m的信號對應(yīng)虛擬管道32～50 m的監(jiān)測信號。

泡菜中的亞硝酸鹽含量與泡菜中的pH、乳酸菌含量、亞硝酸鹽生成菌含量、含糖量、溫度之間相互關(guān)聯(lián)[13,14]。因而通過該實驗就是為了探索加入蔗糖這個碳源后對微生物品質(zhì)(尤其是微生物數(shù)量)的影響，以及由此所導(dǎo)致的pH，亞硝酸鹽含量和發(fā)酵蔬菜品質(zhì)(尤其是營養(yǎng))的狀態(tài)[15]。

采用電熱棒模擬點熱源。電熱棒豎直立在PE管道正上方，裸露端與管道、光纖接觸，位于虛擬管道28 m處。電熱棒升溫至100 ℃。當(dāng)電熱棒加熱2 min后，溫度幾乎不再變化。此時，光纖檢測溫度變化不大，見圖6。分布式光纖的溫度采集點間隔是0.5 m，無法實現(xiàn)連續(xù)無間隔地檢測，所以對小孔泄漏的檢測效果不理想。

③ 泄漏擴(kuò)散工況

用熱風(fēng)機(jī)來模擬泄漏時的燃?xì)鈹U(kuò)散。熱風(fēng)機(jī)風(fēng)速為11 m/s，風(fēng)量約0.086 m

/s。熱風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與管道外壁距離10～15 cm，出風(fēng)口位于虛擬管道28 m處。熱風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口空氣溫度維持在100 ℃。熱風(fēng)機(jī)吹風(fēng)條件有3種，分別為：將熱風(fēng)機(jī)從光纖的正上方垂直向下開啟，出風(fēng)口中心對準(zhǔn)管道中心；將熱風(fēng)機(jī)從管道側(cè)方對著管壁水平開啟，出風(fēng)口中心對準(zhǔn)管道中心；將熱風(fēng)機(jī)從管道下方垂直向上對著管壁開啟，出風(fēng)口中心對準(zhǔn)管道中心。光纖檢測溫度見圖7～9。其中，熱風(fēng)機(jī)位于光纖上方光纖檢測溫度變化最明顯，溫度維持在31 ℃，側(cè)面次之，下方幾乎無變化。結(jié)果說明，單通道光纖的檢測范圍不能完全覆蓋整個管壁。對于分布式光纖而言，固體間的熱傳導(dǎo)要比空氣對流換熱的傳熱效果好。

3.2 三通道敷設(shè)方式

結(jié)果說明，對于縫隙泄漏產(chǎn)生的溫度變化，光纖能夠檢測到。光纖檢測溫度存在延遲和折損,延遲為1 min，折損率約70%。

電熱帶位于虛擬管道26.5～28.5 m，緊貼管道正上方外壁，與光纖接觸。和單通道敷設(shè)方式實驗作對照，將電熱帶加熱到32 ℃并維持穩(wěn)定。此時，光纖檢測溫升仍為13 ℃，并維持穩(wěn)定。結(jié)果表明，對于線熱源模擬的縫隙泄漏，相比于單通道敷設(shè)，增加光纖的數(shù)量并未改善實際的檢測效果。

為進(jìn)一步驗證小孔泄漏的情況，采用電熱棒模擬點熱源。電熱棒豎直立于虛擬管道28 m處，裸露端與管道、光纖接觸。將電熱棒升溫到100 ℃，并持續(xù)較長一段時間后，光纖檢測溫度并無變化。結(jié)果表明，對于小孔泄漏，相比于單通道敷設(shè)，增加光纖的數(shù)量并未改善實際的檢測效果。

嵌入式實踐教學(xué)需要向?qū)W生詳細(xì)介紹實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和電路原理，在此基礎(chǔ)上介紹軟件集成開發(fā)環(huán)境，并以一個簡單的實驗引導(dǎo)學(xué)生搭建實驗環(huán)境。教師在學(xué)生熟悉開發(fā)流程后，應(yīng)逐漸增加實驗的難度，當(dāng)他們做出正確的階段性實驗結(jié)果時，要給予鼓勵并提出進(jìn)一步的需求；當(dāng)學(xué)生在調(diào)試過程中遇到困難時，要給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和提示，而不是直接告訴答案。對于學(xué)有余力的學(xué)生，應(yīng)該鼓勵在已有實踐基礎(chǔ)上開發(fā)一些小系統(tǒng)，實現(xiàn)一些具有簡單功能的電子設(shè)備。在這過程中培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。

光纖滾軸的總長度約200 m，管道實際位置在光纖174～182 m處。光纖信號由防區(qū)型光纖傳感軟件進(jìn)行解調(diào)，僅采集實際光纖150～200 m段的信號，軟件中設(shè)置長度為50 m的虛擬管道作為對應(yīng)的監(jiān)測防區(qū)。實際光纖150～200 m段的信號對應(yīng)虛擬管道的0～50 m監(jiān)測信號。通過軟件進(jìn)行防區(qū)標(biāo)定，設(shè)置實際管道位于虛擬管道的24～32 m處。電熱帶位于虛擬管道26.5～28.5 m處。將電熱帶加熱到43 ℃，并維持恒溫穩(wěn)定。約1 min后，光纖檢測溫度由12 ℃上升至34 ℃，并維持穩(wěn)定?？烧J(rèn)為當(dāng)電熱帶溫升在31 ℃時，光纖檢測溫升為22 ℃，延遲時間為1 min。電熱帶升溫至43 ℃時光纖檢測溫度見圖4。

3.3 纏繞敷設(shè)方式

為驗證小孔泄漏的情況，選擇用點熱源來進(jìn)行實驗。電熱棒豎直立于虛擬管道28 m處，裸露端與管道、光纖接觸。將電熱棒升溫到100 ℃，并持續(xù)較長一段時間后，光纖檢測溫度并無變化。結(jié)果說明，對于小孔泄漏產(chǎn)生的溫度變化，相比較單通道、三通道敷設(shè)方式，纏繞光纖并未改善實際的檢測效果。

幀內(nèi)編碼RS碼的編碼率RRS能夠根據(jù)當(dāng)前鏈路幀內(nèi)誤比特率Pb進(jìn)行調(diào)整，才能最大程度減小幀內(nèi)編碼帶來的冗余，從而最大限度提升吞吐率.經(jīng)過大量實驗得到幀內(nèi)誤比特率Pb與RS碼編碼率RRS 的關(guān)系圖，如圖7所示，其中每個點代表的是對應(yīng)幀內(nèi)誤比特率的數(shù)據(jù)幀完全恢復(fù)所對應(yīng)的最大編碼率.將此關(guān)系進(jìn)行最小二乘法線性擬合得到公式4，建立了幀內(nèi)誤比特率與RS碼編碼率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系.

光纖纏繞間隔約25 cm，圈數(shù)為32圈，單圈光纖長度約為0.75 m，纏繞在管道上的光纖總長度為24 m，對應(yīng)實際光纖158～182 m段。在軟件中設(shè)置長度為50 m的虛擬管道作為監(jiān)測防區(qū)，僅采集實際光纖134～200 m的信號。實際光纖134～158 m的信號對應(yīng)虛擬管道0～24 m監(jiān)測信號，實際光纖158～182 m的信號映射為虛擬管道24～32 m監(jiān)測信號，映射系數(shù)為1/3，實際光纖182～200 m的信號對應(yīng)虛擬管道32～50 m的監(jiān)測信號。電熱帶位于虛擬管道26.5～28.5 m處，緊貼管道正上方外壁。和單通道敷設(shè)實驗作對照，將電熱帶加熱到32 ℃并維持穩(wěn)定。此時，光纖檢測到的溫升為20 ℃，延遲時間為1 min，檢測到升溫的光纖長度明顯增大，見圖14。結(jié)果表明，對于縫隙泄漏產(chǎn)生的溫度變化，相比于單通道、三通道敷設(shè)，纏繞敷設(shè)光纖可實現(xiàn)檢測效果的改善。

為驗證泄漏擴(kuò)散的情況，選擇用熱風(fēng)機(jī)來模擬泄漏時的燃?xì)鈹U(kuò)散。熱風(fēng)機(jī)出風(fēng)口位于虛擬管道28 m處。出風(fēng)口空氣溫度維持在100 ℃。熱風(fēng)機(jī)與管道的距離、風(fēng)量、風(fēng)速、吹風(fēng)條件與單通道時相同。熱風(fēng)機(jī)位于上方時光纖檢測溫度見圖15。當(dāng)熱風(fēng)機(jī)位于管道側(cè)面和下方時，光纖檢測溫度是類似的。結(jié)果說明，相比較單通道、三通道敷設(shè)方式，纏繞敷設(shè)的檢測效果更好，實現(xiàn)了對管壁的全覆蓋。

4 結(jié)論

① 采用電熱帶模擬縫隙泄漏，結(jié)果表明分布式光纖溫度傳感器對縫隙泄漏的檢測效果較好。光纖纏繞敷設(shè)的檢測效果比單通道敷設(shè)好，三通道敷設(shè)的檢測效果相比于單通道敷設(shè)并無明顯改善。

② 采用電熱棒模擬小孔泄漏，結(jié)果表明分布式光纖溫度傳感器對小孔泄漏的檢測效果并不理想。小孔泄漏引起的溫度變化范圍較小，分布式光纖溫度傳感器受技術(shù)限制，無法實現(xiàn)連續(xù)無間隔地檢測，3種敷設(shè)方式均檢測不到溫度變化。

(ⅱ) f=ξη。即證對任意x∈X,f(x)=ξη(x)=ξ({x}-)。由Y為T0空間,只需證clY{f(x)}=clY{ξ({x}-)}。注意到clY{ξ({x}-)}=clYf({x}-)。又只需證clY{f(x)}=clYf({x}-)即可。

最嚴(yán)格水資源管理制度下規(guī)劃水資源論證技術(shù)探討——以岷江下游航電規(guī)劃為例 …………………… 熊 瑩(3.39)

③ 采用熱風(fēng)機(jī)對泄漏擴(kuò)散進(jìn)行模擬，結(jié)果表明單通道敷設(shè)光纖的檢測范圍只能覆蓋上方及兩側(cè)的壁面，三通道敷設(shè)光纖的檢測范圍可大致覆蓋整個管壁，但對下方的檢測效果不如上方和兩側(cè)，纏繞敷設(shè)光纖的檢測范圍可完全覆蓋整個管壁。

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